(57)【要約】【課題】周波数温度特性が良好であり、且つ短期安定の優れた圧電デバイスを得る。【解決手段】圧電デバイスは、圧電振動素子１０と、感温部品３０と、これらを収容する容器２０と、を備え、容器２０底部には実装端子２２ａ〜２２ｄが設けられている。実装端子２２ｂと圧電振動素子１０とを、第１の熱伝導部２３ａ、２３ｄと第１の配線パターン２６ａにより、電気的に接続し、且つ実装端子２２ｃと感温部品３０とを、第２の熱伝導部２４ｂと第２の配線パターン２６ｂとにより、電気的に接続して構成した圧電デバイスである。【選択図】図１
2013102315.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電振動素子と、温度を検出する感温部品と、前記圧電振動素子を収容する第１の収容部を有し、前記感温部品を収容する第２の収容部を有した容器と、を備えた圧電デバイスであって、
前記容器は、前記第２の収容部を構成する貫通孔を有し且つ底部に複数の実装端子を備えた第１の絶縁基板と、
前記第１の絶縁基板の前記底部とは反対側の表部に対して裏面を積層固定され、前記裏面とは反対側の表面に前記圧電振動素子搭載用の第１の電極パッドが設けられ、前記裏面に前記実装端子と前記第１の電極パッドとを導通させる第１の配線パターン、前記実装端子と前記感温部品とを導通させる第２の配線パターン、及び前記感温部品搭載用の第２の電極パッドが設けられた第２の絶縁基板と、
前記第２の絶縁基板の前記表面に積層固定され、前記第１の収容部を構成する第３の基板と、を備え、
少なくとも１つの前記実装端子と前記第１の電極パッドとは、第１の熱伝導部及び前記第１の配線パターンにより電気的に接続され、
他の少なくとも１つの前記実装端子と前記第２の電極パッドとは、第２の熱伝導部及び前記第２の配線パターンにより電気的に接続されていることを特徴とする圧電デバイス。
【請求項２】
圧電振動素子と、温度を検出する感温部品と、前記圧電振動素子を収容する第１の収容部を有し、前記感温部品を収容する第２の収容部を有した容器と、を備えた圧電デバイスであって、
前記容器は、前記第２の収容部を構成する貫通孔を有し且つ底部に複数の実装端子を備えた第１の絶縁基板と、
前記第１の絶縁基板の前記底部とは反対側の表部に対してを積層固定され、前記裏面とは反対側の表面に前記圧電振動素子搭載用の第１の電極パッドが設けられ、前記裏面に前記実装端子と前記第１の電極パッドとを導通させる第１の配線パターン、前記実装端子と前記感温部品とを導通させる第２の配線パターン、及び前記感温部品搭載用の第２の電極パッドが設けられた第２の絶縁基板と、
前記第２の絶縁基板の前記表面に積層固定され、前記第１の収容部を構成する第３の基板と、を備え、
少なくとも１つの前記実装端子と前記第１の電極パッドとは、第１の熱伝導部により電気的に接続され、
他の少なくとも１つの前記実装端子と前記第２の電極パッドとは、第２の熱伝導部及び前記第２の配線パターンにより電気的に接続されていることを特徴とする圧電デバイス。
【請求項３】
前記第１、第２の熱伝導部の少なくとも何れか一方の少なくとも一部は、前記第１の絶縁基板の内部に貫通配置されていることを特徴とする請求項１、又は２に記載の圧電デバイス。
【請求項４】
前記第１、第２の熱伝導部の少なくとも何れか一方の少なくとも一部は、前記容器の外側面に設けられたキャスタレーション内に配置されていることを特徴とする請求項１、又は２に記載の圧電デバイス。
【請求項５】
前記第１、第２の熱伝導部のうちの一方の少なくとも一部は、前記第１の絶縁基板の内部に貫通配置され、他方の少なくとも一部は前記容器の外側面に設けられたキャスタレーション内に配置されていることを特徴とする請求項１、又は２に記載の圧電デバイス。
【請求項６】
前記第１、第２の熱伝導部の少なくとも何れか一方は、前記第１の絶縁基板の内部に貫通配置された熱伝導部と、前記絶縁容器外側面に設けられたキャスタレーション内に配置された熱伝導部と、が連結していることを特徴とする請求項１、又は２に記載の圧電デバイス。
【請求項７】
前記第１の収容部を気密封止する蓋部材を備え、
前記蓋部材は、前記容器の内部を貫通する第３の熱伝導部により、前記感温部品と接続する実装端子と電気的に接続されていることを特徴とする請求項１乃至６のうち何れか一項に記載の圧電デバイス。
【請求項８】
前記圧電振動素子の圧電基板は、水晶の結晶軸である電気軸としてのＸ軸と、機械軸としてのＹ軸と、光学軸としてのＺ軸と、からなる直交座標系の前記Ｘ軸を中心として、
前記Ｚ軸を前記Ｙ軸の−Ｙ方向へ所定の角度だけ傾けた軸をＺ’軸とし、
前記Ｙ軸を前記Ｚ軸の＋Ｚ方向へ前記所定の角度だけ傾けた軸をＹ’軸とし、
前記Ｘ軸と前記Ｚ’軸に平行な面で構成され、
前記Ｙ’軸に平行な方向を厚みとする水晶基板であり、
前記Ｘ軸に平行な辺を長辺とし、
前記Ｚ’軸に平行な辺を短辺とした水晶基板を用いたＡＴカット水晶振動素子であることを特徴とする請求項１乃至７のうち何れか一項に記載の圧電デバイス。
【請求項９】
前記圧電振動素子は、音叉型水晶振動素子であることを特徴とする請求項１乃至７のうち何れか一項に記載の圧電デバイス。
【請求項１０】
前記圧電振動素子は、ＡＴカット水晶振動素子と音叉型水晶振動素子とが前記第１の収容部に併置されていることを特徴とする請求項１乃至７のうち何れか一項に記載の圧電デバイス。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のうち何れか一項に記載の圧電デバイスを備えたことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、感温部品と圧電振動素子とを備えた圧電デバイスに関する。両者の温度分布がほぼ同程度になるように構成することにより、マザーボード上に共に搭載されるＩＣ部品と本圧電デバイスとにより、精度のよい温度補償型圧電発振器が構成される。また、この圧電デバイスを用いた圧電モジュール、及び電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１乃至４には、携帯電話等の無線通信機器に用いられる温度補償型圧電発振器が開示されている。特許文献４には、温度補償回路として温度に関する四次成分以上の回路を用いて、電源投入後の周波数ドリフトを小さくした温度補償型圧電発振器が開示されている。これに使用されるＩＣ部品は、温度を感知する温度センサーと、圧電振動素子の温度変化による周波数変動を補償するための温度補償回路と、可変容量素子と、増幅回路等を有しており、圧電振動素子を高精度に温度補償できると開示されている。また、実装端子、素子搭載パッド、ＩＣ搭載パッドは、容器（パッケージ）の絶縁基板内部に設けられたビア電極（貫通孔（ビアホール）にビア電極ペーストを充填した導体）、及び絶縁基板の層間に配置された配線パターン等により電気的接続されている。
【０００３】
特許文献５には、絶縁容器の隅部に設けたキャスタレーションに金属膜等を焼成し、この導電膜（キャスタレーション電極）を、実装端子と素子搭載パッドとの電気的導通の手段とした例が開示されている。なお、絶縁容器の４つの角部に上下方向に伸長するキャスタレーションは、多数の容器がマトリクス状に形成された積層マザーウェーハから、個別の容器に小割切断する際に用いられる。
容器の内部に形成したビア電極の一方の端部を蓋部材（リッド）に接続し、他方の端部を接地用実装端子に接続することにより、電磁気的なシールド効果が得られる。また、容器の層間に焼成した配線パターンとキャスタレーション電極とを接続することにより、実装端子と配線パターンとを電気的に導通することができる。キャスタレーション電極同志を層間に焼成した配線パターンにより導通した例も開示されている。配線パターン等の電極材料にはタングステン等が用いられる。
【０００４】
ところで、上記の温度補償型圧電発振器では、パッケージ内の圧電振動素子の温度と、絶縁容器の外部に設けたＩＣ部品に内蔵する温度センサーが検出する温度との間に僅かに温度差が生じる。両者間に温度差があると、誤差のある温度に基づいて圧電振動子の周波数温度特性を補償することになり、高精度の温度補償ができず、周波数ドリフトが生じるという問題があった。そこで、このような不具合に対処するために、圧電振動素子が搭載されている絶縁基板の温度を精度よく測定する試みがなされてきた。
【０００５】
特許文献６〜特許文献８には、温度検出精度の向上と、小型化を図るために、容器の上部のキャビティー内に圧電振動素子を収容し、反対側の下部のキャビティー内に発振回路、温度補償回路等を収容した構造の表面実装型圧電発振器が開示されている。特許文献６には、圧電振動素子を接続するパッドの近傍に温度センサーを配置し、圧電振動素子の温度と温度センサーにより検出される温度との温度差を小さくすることにより、周波数温度特性、周波数ドリフト特性を安定化できると開示されている。しかし、圧電振動素子搭載用のパッドに接続されたＩＣ部品の端子は、発振回路の増幅器の近傍に配置されているので、増幅器の動作に伴い発熱する。その結果、ＩＣ部品に内蔵する温度センサーを圧電振動素子側に近接させてもＩＣ部品の発熱温度を検出する虞があり、周波数ドリフト特性を劣化させるという課題がある。
【０００６】
次に、特許文献７には、容器の上部のキャビティーに圧電振動素子と、発振回路、温度センサーを備えた第１のＩＣ部品と、を収容すると共に、下部のキャビティーに温度補償回路を備えた第２のＩＣ部品を収容することにより、圧電振動素子と、温度センサーとを同じ温度環境下に配置でき、周波数温度特性、周波数ドリフト特性を安定化できると開示されている。しかし、ＩＣ部品を二分して、温度センサー付きの第１のＩＣ部品を、圧電振動素子と同じキャビティーに収容する構造は、コスト高となって実現性が低く、また発振器全体の小型化に逆行するという課題がある。
また、特許文献８には、容器の上部の凹部に圧電振動素子を片持ち支持状態で収容し、下部の凹部にＩＣ部品を収容し、ＩＣ部品の温度センサー端子を上部凹部に設けた枕部材と接続することにより、圧電振動素子の温度と、温度センサーの検出温度との温度差を縮小して、周波数温度特性、周波数ドリフト特性を安定化できると開示されている。
【０００７】
しかし、特許文献６〜特許文献８に開示された何れの構造も、セラミック基板に圧電振動素子を搭載する構成であるため、導電性接着剤を介して圧電振動素子と接続されたセラミック基板の温度を測定すれば、圧電振動素子の温度を正確に検出できると推測されている。しかし、実際には周波数ドリフト特性を改善する効果は、十分ではなかった。このように、圧電振動素子と離れて温度センサーを内蔵するＩＣ部品を配置した従来の表面実装型圧電発振器では、圧電振動素子の温度を正確に検出することはできず、安定した周波数温度特性が得られない。また起動時の周波数ドリフト特性の改善も不十分であるという問題があった。
【０００８】
特許文献９には、圧電振動子の容器の主面に、ＩＣチップを接着した表面実装型圧電発振器が開示されている。ＩＣチップは温度センサーを内蔵し、圧電振動素子は容器内に収容されている。圧電振動素子は温度変化によってその周波数が変動し、温度センサーは温度変化によって出力信号が変化する。ＩＣチップに内蔵される発振回路と、圧電振動素子とによって圧電発振器が構成され、ＩＣチップに内蔵される温度補償回路で圧電発振器の周波数が補償される。つまり、温度補償発振回路は、温度センサーからの出力信号に基づいて温度補償用の電圧信号を出力し、それを可変容量素子に印加することにより可変容量素子の容量を変化させて、周波数を補償する。即ち、温度の変化により圧電振動素子の振動周波数が変動するが、温度センサーの出力信号により温度補償発振回路が動作し、周波数の変化分を補償する。ＩＣチップを圧電振動子の容器に固定することで、両者の位置を近接させ、温度差を縮小できると記述されている。温度センサーはＩＣチップの表層部に形成されている。この構成を用いることにより周波数温度特性、周波数ドリフト特性を安定化できると開示されている。
【０００９】
最近、携帯電話の主回路基板に関し、集積化、チップセット化等の技術革新が進み、部品の小型・低背化、少数化の傾向は目覚ましい。即ち、前述の特許文献１乃至９に記載されているような温度補償型圧電発振器は必ずしも必要とされず、主回路基板（マザーボード）上に搭載されるＩＣ部品に温度補償回路を付加する傾向があり、基準周波数源には圧電振動子を用い、この圧電振動子と前記のようなＩＣ部品（チップセット）と組合せることにより、圧電振動子の温度補償を実現するという試みがなされている。
【００１０】
しかし、主回路基板に搭載された圧電振動子の温度と、温度センサーの検出温度との間に温度差があることが問題になっている。これは回路基板上に圧電振動子、温度センサー、及び熱源を配置し、回路基板上の温度分布をシミュレーションにより求めることにより明らかとなった。圧電振動子と温度センサーとの僅かの温度差は、携帯電話に搭載されているＧＰＳの位置測定精度に影響する。ＧＰＳは基準周波数の短期安定度が極めて重要な要素となるからである。
【００１１】
特許文献１０には、底板及び枠壁からなる凹部を有する矩形状の容器と、容器に収容された水晶振動素子と、容器の開口部に接合された金属カバーと、水晶振動素子の温度検出用で容器の長手方向の一端側に付着させたサーミスタと、を備えた表面実装型水晶振動子が開示されている。サーミスタの長手方向が、容器の高さ方向に直交して容器の外側面に固着した構成とした温度センサー付き水晶振動子である。
【００１２】
特許文献１１には、底板層と枠壁層と有した凹状積層セラミックからなる容器と、容器内に収容され一端部両側が固着された水晶振動素子と、水晶振動素子と共に容器内に収容されたサーミスタと、を備えた表面実装型水晶振動子が開示されている。水晶振動素子の主面は底板層の最上位層と対面し、サーミスタは底板層に設けられた凹所内に配置された構成の温度センサー付き水晶振動子である。
【００１３】
しかしながら、特許文献１０に開示の構造では、サーミスタが圧電振動子の容器に接続されているものの、容器が絶縁性のセラミックであるため、熱伝導性の点から容器内の圧電振動素子が呈している温度とサーミスタが検出する温度との間に温度差が生じるという問題がある。更に、容器の外側に突出してサーミスタが固定されているため、ハンドリング時や他の部品との接触により破損や、脱落の虞があるという問題がある。
【００１４】
また、特許文献１１に開示の構造では、サーミスタが圧電振動子の容器の内部に搭載されており、圧電振動素子が呈している温度を検出できることが期待できる。しかし、容器に収容された圧電振動素子に何らかの特性不良が発生したとき、同じ容器内に搭載されているサーミスタも廃棄させざるを得ず、その分コスト高となるという問題があった。
【００１５】
特許文献１２、特許文献１３には、容器の断面がＨ型である所謂、Ｈ型パッケージを用いて、第１の収納部（上部）に圧電振動素子を搭載し、第１の収納部と反対側の第２の収納部（下部）に、チップコンデンサー、容量素子、可変容量素子、リアクタンス素子、等のチップ状の電子部品を搭載した圧電デバイスが開示されている。この圧電デバイスは、容器に搭載された圧電振動素子と、並列接続された２つの容量素子と、を直列に接続し、回路基板上に実装され増幅回路等と接続することによりコルピッツ発振回路が実現される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２００５−２１７７８２公報
【特許文献２】特開２００５−２４４９２５公報
【特許文献３】特開２００９−０８９４３７公報
【特許文献４】特開２０１０−２０６４４３公報
【特許文献５】特開２００６−０５４３１４公報
【特許文献６】特開２００６−１９１５１７公報
【特許文献７】特開２００８−２６３５６４公報
【特許文献８】特開２０１０−０３５０７８公報
【特許文献９】特開２００９−１０５１９９公報
【特許文献１０】特開２０１０−１１８９７９公報
【特許文献１１】特開２００８−２０５９３８公報
【特許文献１２】特開平１０−３２２１２９号公報
【特許文献１３】特開平１１−１４５７６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本願発明者らは、特許文献１２や特許文献１３の技術を活用し、所謂Ｈ型パッケージ（容器）を用いて、第１の収納部（上部）に圧電振動素子を搭載し、第１の収納部と反対側の第２の収納部（下部）に、温度センサーとして、サーミスタ等の感温部品を搭載する圧電デバイスの構造を検討した。
しかしながら、特許文献１０の問題と同様に、圧電デバイスの圧電振動素子を収容する第１の収納部は、その底部（セラミック製）を介して反対側の第２の収納部に感温部品（サーミスタ）を搭載する構造をしており、容器が絶縁性のセラミックであるため、熱伝導性の点から、第１の収納部内の圧電振動素子の温度と、第２の収納部内の感温部品が検知する温度との間に温度差が生じるという問題があった。つまり、開示された構造では、本願発明者の検証した結果からは、携帯電話に搭載されるＧＰＳ用の規格を満たすには不十分であり、更なる改善が必要とされることが明らかとなった。
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、圧電振動素子の第１の収容部の外に感温部品（温度センサー）を配置した構成の圧電デバイスであっても、圧電振動素子の温度を高精度に検出することを可能とし、主回路基板（マザーボード）上に搭載され補償回路と組合せることにより、高安定、高精度の周波数温度特性の発振器を可能とする、表面実装型の圧電デバイスを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、上記の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【００１９】
［適用例１］本発明に係る圧電デバイスは、圧電振動素子と、温度を検出する感温部品と、前記圧電振動素子を収容する第１の収容部を有し、前記感温部品を収容する第２の収容部を有した容器と、を備えた圧電デバイスであって、前記容器は、前記第２の収容部を構成する貫通孔を有し且つ底部に複数の実装端子を備えた第１の絶縁基板と、前記第１の絶縁基板の前記底部とは反対側の表部に対して裏面を積層固定され、前記裏面とは反対側の表面に前記圧電振動素子搭載用の第１の電極パッドが設けられ、前記裏面に前記実装端子と前記第１の電極パッドとを導通させる第１の配線パターン、前記実装端子と前記感温部品とを導通させる第２の配線パターン、及び前記感温部品搭載用の第２の電極パッドが設けられた第２の絶縁基板と、前記第２の絶縁基板の前記表面に積層固定され、前記第１の収容部を構成する第３の基板と、を備え、少なくとも１つの前記実装端子と前記第１の電極パッドとは、第１の熱伝導部及び前記第１の配線パターンにより電気的に接続され、他の少なくとも１つの前記実装端子と前記第２の電極パッドとは、第２の熱伝導部及び前記第２の配線パターンにより電気的に接続されていることを特徴とする圧電デバイスである。
【００２０】
上記のように圧電デバイスを構成することにより、圧電振動素子の温度と、感温部品の検知する温度との温度差を縮小することが可能となり、外部回路と接続されて良好な周波数温度特性が得られ、また優れた周波数ドリフト特性（短期安定度）特性を有する温度補償型圧電発振器が実現できるという効果がある。
【００２１】
［適用例２］また圧電デバイスは、圧電振動素子と、温度を検出する感温部品と、前記圧電振動素子を収容する第１の収容部を有し、前記感温部品を収容する第２の収容部を有した容器と、を備えた圧電デバイスであって、前記容器は、前記第２の収容部を構成形成する貫通孔を有し且つ底部に複数の実装端子を備えた第１の絶縁基板と、前記第１の絶縁基板の前記底部とは反対側の表部に対して裏面を積層固定され、前記裏面とは反対側の表面に前記圧電振動素子搭載用の第１の電極パッドが設けられ、前記裏面に前記実装端子と前記第１の電極パッドとを導通させる第１の配線パターン、前記実装端子と前記感温部品とを導通させる第２の配線パターン、及び前記感温部品搭載用の第２の電極パッドが設けら形成された第２の絶縁基板と、前記第２の絶縁基板の前記表面に積層固定され、前記第１の収容部を構成する第３の基板と、を備え、少なくとも１つの前記実装端子と前記第１の電極パッドとは、第１の熱伝導部により電気的に接続され、他の少なくとも１つの前記実装端子と前記第２の電極パッドとは、第２の熱伝導部及び前記第２の配線パターンにより電気的に接続されていることを特徴とする圧電デバイスである。
【００２２】
上記のように圧電デバイスを構成することにより、極めて短時間で圧電振動素子の温度と、感温部品の検出する温度との温度差を縮小することが可能となり、外部回路と接続されて、優れた周波数ドリフト特性（短期安定度）特性を有する温度補償型圧電発振器が実現できるので、ＧＰＳ等の性能を改善できるという効果がある。
【００２３】
［適用例３］また圧電デバイスは、前記第１、第２の熱伝導部の少なくとも何れか一方の少なくとも一部は、前記第１基板の内部に貫通配置されていることを特徴とする圧電デバイスである。
【００２４】
上記のように構成することにより、第１、第２の熱伝導部を経由するため、実装端子から伝わる熱の流れ（熱伝導）の速度は、速く、極めて短時間で圧電振動素子の温度と、感温部品の検出する温度との温度差を縮小できるという効果がある。
【００２５】
［適用例４］また圧電デバイスは、前記第１、第２の熱伝導部の少なくとも何れか一方の少なくとも一部は、前記容器の外側面に設けられたキャスタレーション内に配置されていることを特徴とする圧電デバイスである。
【００２６】
上記のように構成することにより、第１、第２の熱伝導部少なくとも何れか一方をキャスタレーション内に設けることにより、実装端子から伝わる熱の流れ（熱伝導）の速度は速く、極めて短時間で圧電振動素子の検出する温度と、感温部品の検出する温度との温度差を縮小できるという効果がある。
【００２７】
［適用例５］また圧電デバイスは、前記第１、第２の熱伝導部のうちの一方の少なくとも一部は、前記第１の絶縁基板の内部に貫通配置され、他方の少なくとも一部は前記容器の外側面に設けられたキャスタレーション内に配置されていることを特徴とする圧電デバイスである。
【００２８】
上記のように構成することにより、実装端子から伝わる熱の流れ（熱伝導）は、基板内に設けた熱伝導部と、容器の側面に設けたキャスタレーション電極と、を経由するため熱伝導の速度が速く、極めて小さい時間で圧電振動素子の温度と、感温部品の検出する温度との温度差を縮小できるという効果がある。
【００２９】
［適用例６］また圧電デバイスは、前記第１、第２の熱伝導部の少なくとも何れか一方が、前記第１の絶縁基板の内部に貫通配置された熱伝導部と、前記絶縁容器外側面に設けられたキャスタレーション内に配置された熱伝導部と、が連結していることを特徴とする圧電デバイスである。
【００３０】
上記のように構成することにより、実装端子から伝わる熱の流れ（熱伝導）は、基板内に設けた熱伝導部と、容器の側面に設けたキャスタレーション電極と、を経由するため熱伝導の速度が速く、極めて小さい時間で圧電振動素子の温度と、感温部品の検出する温度との温度差を縮小できるという効果がある。
【００３１】
［適用例７］また圧電デバイスは、前記第１の収容部を気密封止する蓋部材を備え、前記蓋部材は、前記容器の内部を貫通する第３の熱伝導部により前記感温部品と接続する実装端子と電気的に接続されていることを特徴とする圧電デバイスである。
【００３２】
上記のように構成することにより、実装端子と蓋部材との熱伝導の速度は速くなり、実装端子と接続する感温部品の温度と、蓋部材に近接して配置された圧電振動素子の温度と、の温度差を極めて短時間で縮小できるという効果がある。
【００３３】
［適用例８］また圧電デバイスは、前記圧電振動素子は、前記圧電振動素子の圧電基板が、水晶の結晶軸である電気軸としてのＸ軸と、機械軸としてのＹ軸と、光学軸としてのＺ軸と、からなる直交座標系の前記Ｘ軸を中心として、前記Ｚ軸を前記Ｙ軸の−Ｙ方向へ所定の角度だけ傾けた軸をＺ’軸とし、前記Ｙ軸を前記Ｚ軸の＋Ｚ方向へ前記所定の角度だけ傾けた軸をＹ’軸とし、前記Ｘ軸と前記Ｚ’軸に平行な面で構成され、前記Ｙ’軸に平行な方向を厚みとする水晶基板であり、前記Ｘ軸に平行な辺を長辺とし、前記Ｚ’軸に平行な辺を短辺とした水晶基板を用いたＡＴカット水晶振動素子であることを特徴とする圧電デバイスである。
【００３４】
上記のように、圧電基板にＡＴカット水晶基板を用いることにより、圧電デバイスの周波数温度特性は優れた３次特性となり、今までに蓄積された温度補償技術が有効に活用できるという効果がある。また、ＡＴカット水晶基板のエッチング手法も長い間の経験に裏打ちされているので、高周波で小型の圧電基板が量産できるという利点がある。
【００３５】
［適用例９］また圧電デバイスは、前記圧電振動素子が、音叉型水晶振動素子であることを特徴とする圧電デバイスである。
【００３６】
上記のように、圧電振動素子に音叉型水晶振動素子を用いることにより、高周波を分周することなく低周波が得られるという利点がある。
【００３７】
［適用例１０］また圧電デバイスは、前記圧電振動素子が、ＡＴカット水晶振動素子と音叉型水晶振動素子とが前記第１の収容部に併置されていることを特徴とする圧電デバイスである。
【００３８】
上記のように構成すると、外部回路を用いることにより、高周波と低周波の２つの圧電発振器が温度補償され、高安定で短期安定度の優れた基準周波数が得られるという効果がある。
【００３９】
［適用例１１］本発明に係る電子機器は、上記の圧電デバイスを備えたことを特徴とする電子機器である。
【００４０】
上記の圧電デバイスを用いて電子機器を製作すると、高安定で短期安定度の優れた基準周波数源が容易に構成できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に係る圧電デバイス１の構成を示す概略図であり、（ａ）は蓋部材を除いた平面図であり、（ｂ）は断面図であり、（ｃ）は底面図。
【図２】第２の絶縁基板の、（ａ）は平面図（表面）であり、（ｂ）は裏面図であり、（ｃ）は第１の絶縁基板の裏面図。
【図３】他の実施形態に係る第２の絶縁基板の、（ａ）は平面図（表面）であり、（ｂ）は裏面図であり、（ｃ）は他の第１の絶縁基板の裏面図。
【図４】他の実施形態に係る第２の絶縁基板の、（ａ）は平面図（表面）であり、（ｂ）は裏面図であり、（ｃ）は他の第１の絶縁基板の裏面図。
【図５】座標軸と切断角度を説明する図。
【図６】（ａ）は圧電振動素子の平面図であり、（ｂ）は断面図。
【図７】（ａ）は圧電デバイス１の熱の伝導を説明する断面図であり、（ｂ）は部材の熱伝導率を説明する表。
【図８】圧電デバイス２の熱の伝導を説明する断面図。
【図９】（ａ）は圧電デバイス３の構成を示す断面図であり、（ｂ）は第２の絶縁基板の裏面図であり、（ｃ）は第１の絶縁基板の裏面図。
【図１０】（ａ）は圧電デバイス４の構成を示す断面図であり、（ｂ）は第２の絶縁基板の裏面図であり、（ｃ）は第１の絶縁基板の裏面図。
【図１１】（ａ）は圧電デバイス５の構成を示す断面図であり、（ｂ）は第２の絶縁基板の平面（表面）図であり、（ｃ）は第２の絶縁基板の断面図。
【図１２】デジタル携帯電話の構成を示すブロック図。
【図１３】圧電デバイス６の構成を示す断面図。
【図１４】（ａ）は音叉型圧電振動素子の平面図であり、（ｂ）は断面図。
【図１５】圧電デバイス７の構成を示す概略図であり、（ａ）は蓋部材を除いた平面図であり、（ｂ）は断面図であり、（ｃ）は底面図。
【図１６】圧電デバイスにおける圧電振動素子及び感温部品の夫々の配線パターンの長さを説明する図
【発明を実施するための形態】
【００４２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る圧電デバイス１の構成を示す概略図である。図１（ａ）は蓋部材を省略した平面図であり、同図（ｂ）は（ａ）のＱ−Ｑ断面図であり、同図（ｃ）は底面図である。圧電デバイス１は、図１（ｂ）に示すように、外部の発振回路及び補償回路（主回路基板上に搭載された発振回路部品及び補償回路部品）と接続されて、所望の周波数を出力する圧電振動素子１０と、圧電振動素子１０の温度を検出する感温部品３０と、圧電振動素子１０を収容する第１の収容部２７を表部（図１（ｂ）では上部）に有すると共に、感温部品３０を収容する第２の収容部２１を第１の収容部と反対側の底部（下部）に有した容器（パッケージ）２０と、第１の収容部２７を封止する蓋部材３８と、を備えている。
【００４３】
容器２０の一例は、図１（ｂ）に示すように、中央部に貫通孔２１を有する矩形状の第１の絶縁基板２０ａと、矩形平板状の第２の絶縁基板２０ｂと、中央に大きな貫通孔を有する額縁平板状の第３の基板２０ｃと、を積層して形成されている。第２の絶縁基板２０ｂの表面と、第３の基板２０ｃの貫通孔とで、圧電振動素子１０を収容する第１の収容部（キャビティー）２７を形成する。更に、第１の絶縁基板２０ａの貫通孔２１と、第２の絶縁基板２０ｂの裏面とで、感温部品３０を収容する第２の収容部２１を形成する。なお、第１の絶縁基板２０ａ、第２の絶縁基板２０ｂ、及び第３の基板２０ｃの角隅部の側壁には、キャスタレーションＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４が形成されている。
【００４４】
図２は、図１（ｂ）に示す容器２０に用いる第１の絶縁基板２０ａと、第２の絶縁基板２０ｂの構成を示す図である。図２（ａ）、（ｂ）は、夫々第２の絶縁基板２０ｂの表面と裏面の構成を示す平面図と裏面図である。第２の絶縁基板２０ｂの表面には、図２（ａ）に示すように、長手方向と直交して端部寄りに、圧電振動素子１０を搭載する一対の第１の電極パッド２８ａ、２８ｂが直線上に形成されている。また、裏面には、図２（ｂ）に示すように、実装端子２２ｂ、２２ｄと第１の電極パッド２８ｂ、２８ａとを夫々導通接続するための第１の配線パターン２６ａ、２６ａが形成されている。更に、実装端子２２ａ、２２ｃと、第２の電極パッド２９ａ、２９ｂとを夫々導通接続するための第２の配線パターン２６ｂ、２６ｂが形成されている。
図２（ｃ）は、第１の絶縁基板２０ａの底部の構成を示す裏面図であり、矩形状の第１の絶縁基板２０ａの中央部には貫通孔２１が設けられ、底部の４つの隅部に実装端子２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄが形成されている。なお、第１の絶縁基板２０ａの表部には、配線パターン等は形成されていない。また、第３の基板２０ｃは、中央部を中空とした環状体であり、環状囲繞部の上部周縁にシールリングが焼成された絶縁基板である。
【００４５】
第１及び第２の絶縁基板２０ａ、２０ｂの絶縁体内部には、ビア電極（ビアホール（貫通孔）にビア電極ペーストを充填し、焼成形成した導体）が形成されている。図１に示す実施形態例を図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を参照して説明する。第１の絶縁基板２０ａの絶縁体の肉厚内部には、底部に形成された実装端子２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄと、第２の絶縁基板２０ｂの裏面に設けられた中継パッド４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄと、を夫々導通接続するビア電極２４ａ、２３ａ、２４ｂ、２３ｂが貫通形成されている。また、第２の絶縁基板２０ｂの絶縁体内部には、表面の第１の電極パッド２８ａ、２８ｂと、裏面の第１の配線パターン２６ａ、２６ａとを夫々導通接続するビア電極２３ｃ、２３ｄが貫通形成されている。
【００４６】
実装端子２２ａ、２２ｃは、夫々ビア電極２４ａ、２４ｂを介して中継パッド４０ａ、４０ｃに接続し、中継パッド４０ａ、４０ｃは夫々第２の配線パターン２６ｂ、２６ｂを介して感温部品３０を搭載する第２の電極パッド２９ａ、２９ｂと導通接続している。
また、実装端子２２ｂ、２２ｄは、夫々第１の絶縁基板２０ａを貫通するビア電極２３ａ、２３ｂを介して中継パッド４０ｂ、４０ｄに導通接続し、中継パッド４０ｂ、４０ｄは第１の配線パターン２６ａ、２６ａを介して、第２の絶縁基板２０ｂを貫通するビア電極２３ｄ、２３ｃと接続している。そして、ビア電極２３ｄ、２３ｃは、夫々第１の電極パッド２８ｂ、２８ａと導通接続している。つまり、実装端子２２ｂ、２２ｄは、圧電振動素子１０搭載用の第１の電極パッド２８ｂ、２８ａと導通接続し、実装端子２２ａ、２２ｃは、感温部品３０搭載用の第２の電極パッド２９ａ、２９ｂと導通接続している。ここで、第１の電極パッド２８ａ、２８ｂに接続するビア電極２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄを第１の熱伝導部と称し、第２の電極パッド２９ａ、２９ｂに接続するビア電極２４ａ、２４ｂを第２の熱伝導部と称する。なお、図２（ａ）、（ｂ）に示す第２の絶縁基板２０ｂ、同図（ｃ）に示す第１の絶縁基板２０ａのキャスタレーションＣ１〜Ｃ４の壁面には電極が焼成されていない例である。
【００４７】
図３は他の例に係る圧電デバイス１を構成する第１及び第２の絶縁基板２０ａ１、２０ｂ１の構成を示す図である。図３（ａ）は他の例に係る第２の絶縁基板２０ｂ１の平面（表面）図であり、同図（ｂ）は第２の絶縁基板２０ｂ１の裏面図であり、同図（ｃ）は他の例に係る第１の絶縁基板２０ａ１の裏面図である。図２に示した第１及び第２の絶縁基板２０ａ、２０ｂと、図３に示した他の第１及び第２の絶縁基板２０ａ１、２０ｂ１との違いは、図３に示す例では、キャスタレーションＣ１〜Ｃ４の側面には金属膜が焼成されてキャスタレーション電極Ｃｅ１〜Ｃｅ４となり、実装端子２２ａ〜２２ｄ、中継パッド４０ａ〜４０ｄとキャスタレーション電極Ｃｅ１〜Ｃｅ４とが配線により導通している点である。従って、実装端子２２ａ〜２２ｄと、第１及び第２の電極パッド２８ａ、２８ｂ、及び２９ａ、２９ｂとの導通接続は、第１及び第２の熱伝導部を経由しても可能であり、またキャスタレーション電極Ｃｅ１〜Ｃｅ４を経由しても可能である。
【００４８】
また、図４は他の例に係る圧電デバイス１を構成する第１及び第２の絶縁基板２０ａ２、２０ｂ２の構成を示す図である。図４（ａ）は他の例に係る第２の絶縁基板２０ｂ２の表面図であり、同図（ｂ）は第２の絶縁基板２０ｂ２の裏面図であり、同図（ｃ）は他の例に係る第１の絶縁基板２０ａ２の裏面図である。図４に示すキャスタレーションＣ１〜Ｃ４の側面には金属膜が焼成されてキャスタレーション電極Ｃｅ１〜Ｃｅ４となっている。しかし、第１の絶縁基板２０ａ２と第２の絶縁基板２０ｂ２とを導通接続するビア電極は設けていない。従って、実装端子２２ａ〜２２ｄと、第１及び第２の電極パッド２８ａ、２８ｂ、及び２９ａ、２９ｂとの導通接続は、キャスタレーション電極Ｃｅ１〜Ｃｅ４を経由して行われる。
【００４９】
図１に示す実施形態の圧電デバイス１は、容器２０が、第２の収容部２１を形成する貫通孔を有し、且つ底部の角隅部に複数の実装端子２２（２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ）（図１の実施例）を備えた第１の絶縁基板２０ａを有している。更に、容器２０は、第１の絶縁基板２０ａの表部に対して裏面を積層固定され、裏面とは反対側の表面に圧電振動素子１０を搭載する第１の電極パッド２８ａ、２８ｂが形成されると共に、裏面には実装端子２２ｂ、２２ｄと、第１の電極パッド２８ｂ、２８ａとを導通する第１の配線パターン２６ａ、２６ａと、実装端子２２ａ、２２ｃと第２の電極パッド２９ａ、２９ｂとを導通接続する第２の配線パターン２６ｂ、２６ｂと、が形成された第２の絶縁基板２０ｂを有している。
更に、容器２０は、図１（ｂ）に示した実施形態例では、第２の絶縁基板２０ｂの表面に対して底部を積層固定され、上部にメタライズ部（図示せず）が焼成された枠状の第３の基板２０ｃを有している。
つまり、図１（ｂ）に示した実施形態例では、容器２０は、第１の絶縁基板２０ａ、第２の絶縁基板２０ｂ、及び第３の基板２０ｃを積層して構成されている。
【００５０】
容器２０の実装端子２２（２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ）、第１の熱伝導部（ビア電極）２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄと、第２の熱伝導部（ビア電極）２４ａ、２４ｂと、第１及び第２の配線パターン２６ａ、２６ｂに用いる金属材料としては、例えばタングステン材を例示することができる。第３の基板２０ｃの上面周縁に形成されるメタライズ部としてもタングステン材を用いることができる。
【００５１】
図１、図２に示した圧電デバイス１の構成例では、ビア電極（第１の熱伝導部）２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄと、ビア電極（第２の熱伝導部）２４ａ、２４ｂと、を用いて、実装端子２２と、圧電振動素子１０、感温部品３０との導通を図っている。
図３に示した絶縁基板を用いて形成した容器２０を使用して圧電デバイス１を構成した場合は、第１の熱伝導部（ビア電極）２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、及び第２の熱伝導部（ビア電極）２４ａ、２４ｂと、キャスタレーション電極Ｃｅ１〜Ｃｅ４と、を使って、実装端子２２と、圧電振動素子１０、感温部品３０との導通を図っている。しかし、電気的には第１の熱伝導部及び第２の熱伝導部と、キャスタレーション電極Ｃｅ１〜Ｃｅ４との両方を共に必要とするわけではないが、圧電振動素子１０と感温部品３０との熱的平衡状態、即ち両者がほぼ同じ温度となる状態をつくるには、必要となる場合がある。
また、図４に示した第１及び第２の絶縁基板２０ａ２、２０ｂ２を用いて形成した容器２０を使って圧電デバイス１を構成する例では、実装端子２２と、圧電振動素子１０、感温部品３０との導通接続は、キャスタレーション電極Ｃｅ１〜Ｃｅ４を経由して行われる。
【００５２】
図１の実施形態例に用いられる圧電振動素子１０には、例えばＡＴカット水晶振動素子がある。水晶等の圧電材料は三方晶系に属し、図５に示すように互いに直交する結晶軸Ｘ、Ｙ、Ｚを有する。Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、夫々電気軸、機械軸、光学軸と呼称される。ＡＴカット水晶基板１２は、ＸＺ面をＸ軸の回りに角度θだけ回転させた平面に沿って、水晶から切り出された平板である。ＡＴカット水晶基板１２の場合は、θは略３５°１５′である。なお、Ｙ軸及びＺ軸もＸ軸の周りにθ回転させて、夫々Ｙ’軸、及びＺ’軸とする。従って、ＡＴカット水晶基板１２は、直交する結晶軸Ｘ、Ｙ’、Ｚ’を有する。ＡＴカット水晶基板１２は、厚み方向がＹ’軸であって、Ｙ’軸に直交するＸＺ’面（Ｘ軸及びＺ’軸を含む面）が主面であり、厚みすべり振動が主振動として励振される。
【００５３】
即ち、図１に示す圧電基板１２は、図５に示すようにＸ軸（電気軸）、Ｙ軸（機械軸）、Ｚ軸（光学軸）からなる直交座標系のＸ軸を中心として、Ｚ軸をＹ軸の−Ｙ方向へ傾けた軸をＺ’軸とし、Ｙ軸をＺ軸の＋Ｚ方向へ傾けた軸をＹ’軸とし、Ｘ軸とＺ’軸に平行な面で構成され、Ｙ’軸に平行な方向を厚みとするＡＴカット水晶基板からなる。
【００５４】
ＡＴカット水晶基板の外形形状は、一般的にＸ軸方向を長手方向とする矩形状であり、Ｙ’軸方向の厚さで周波数が決まる。周波数が高い場合には平板形状の水晶基板が用いられるが、周波数が低い場合にはメサ型水晶基板（周辺部に比べ中央部を厚くした水晶基板）１２が用いられる。図６はメサ型水晶振動素子の一例であり、同図（ａ）は平面図であり、同図（ｂ）はＱ−Ｑ断面図である。
水晶基板１２は、その中央に位置し主たる振動領域となる励振部１３と、励振部１３より薄肉で励振部１３の周縁に沿って形成された、従たる振動領域となる周辺部１５と、を有している。つまり、振動領域は、後述するように、励振部１３と、周辺部１５の一部に跨っている。
平面形状がほぼ矩形である励振部１３の対向する２つの側面（短手方向に沿った両側面）は夫々無段差状の１つの平面であり、励振部１３の他の対向する２つの側面（長手方向に沿った２つの側面）は夫々厚み方向に段差部を有した構造をしている。
【００５５】
水晶基板１２の励振部１３の表裏に励振電極１４ａ、１４ｂを形成し、励振電極１４ａ、１４ｂの夫々から、水晶基板１２の端部に設けた端子電極１８ａ、１８ｂに向かって延びるリード電極１６ａ、１６ｂを形成する。
励振電極１４ａ、１４ｂに交番電圧を印加すると、水晶振動素子１０は固有の振動周波数で励振される。
また、図１に示す圧電デバイス１に用いる感温部品３０は、温度変化に応じて物理量、例えば電気抵抗が変わるサーミスタを用いる。サーミスタ３０の電気抵抗を外部回路で検出し、サーミスタ３０の検出する温度が測定できる。
【００５６】
本発明に係る圧電デバイス１によれば、圧電振動素子１０の温度と、感温部品３０の検出する温度と、がほぼ等しくなるように、圧電振動素子１０、感温部品３０の熱容量を考慮し、第１の熱伝導部（ビア電極）２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、及び第１の配線パターン２６ａと、第２の熱伝導部（ビア電極）２４ａ、２４ｂ、及び第２の配線パターン２６ｂと、を適切に設定することができる。つまり、実装端子２２ｂ、２２ｄと圧電振動素子１０とを接続する第１の熱伝導部（ビア電極）２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄの熱伝導率、長さ及び太さ、及び配線パターン２６ａの熱伝導率、幅、厚さ、長さと、実装端子２２ａ、２２ｃと感温部品３０とを接続する第２の熱伝導部（ビア電極）２４ａ、２４ｂの熱伝導率、長さ及び太さ、及び第２の配線パターン２６ｂの熱伝導率、幅、厚さ、長さと、を圧電振動素子１０の温度と、感温部品３０の温度と、がほぼ等しくなるように、即ち両者の熱的平衡状態が素早く達成されるように、上記部材の種類、寸法形状を適切に設定することでができる。
【００５７】
図７（ａ）は、圧電デバイス１の熱の主伝導経路を示す断面図であり、同図（ｂ）は圧電デバイス１に使用される部材の熱伝導率を示す表である。圧電デバイス１を包む雰囲気内の空気の熱伝導率は極めて小さい。また、容器２０を主に構成するセラミック材（Ａｌ2Ｏ3）の熱伝導率は、例えば第１、第２の熱伝導部（ビア電極２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２４ａ、２４ｂ）や第１、第２の配線パターン２６ａ、２６ｂに用いるタングステンの熱伝導率に比べて１／１０程度である。従って、主回路基板（マザーボード）の各種の増幅器等から生じる熱の大部分は、実装端子２２からビア電極、配線パターンを経由して、圧電振動素子１０と感温部品３０とに伝導する。
【００５８】
圧電振動素子１０の温度上昇に関与する経路においては、端子電極２２ｂ、２２ｄに伝達した熱は、ビア電極２３ａ、２３ｂを経由して第１の配線パターン２６ａ、２６ａに伝わり、ビア電極２３ｄ、２３ｃを経由して、第１の電極パッド２８ｂ、２８ａ、導電性接着剤３５を介して圧電振動素子１０の端子電極１８ｂ、１８ａ、リード電極１６ｂ、１６ａを経て励振電極１４ｂ、１４ａに伝わり、圧電基板１２の温度を上昇させる。
また、感温部品３０の温度上昇に関与する経路としては、端子電極２２ａ、２２ｃに伝達した熱は、ビア電極２４ａ、２４ｂを経由して第２の配線パターン２６ｂ、２６ｂに伝わり、第２の配線パターン２６ｂ、２６ｂから第２の電極パッド２９ａ、２９ｂを介し、半田層を経て感温部品３０に伝導して感温部品３０の温度を上昇させる。
【００５９】
容器２０の形状寸法とメタライズ材を設定した後は、圧電振動素子１０、感温部品３０の夫々の熱容量に応じて実装端子２２から熱が流れるように、第１の絶縁基板２０ａのビア電極２３ａ、２３ｂの径φ１、第１の配線パターン２６ａ、２６ａの幅と厚さ、第２の絶縁基板２０ｂのビア電極２３ｃ、２３ｄの径φ２と、第１の絶縁基板２０ａのビア電極２４ａ、２４ｂの径φ３、第２の配線パターン２６ｂの幅と厚さと、を圧電振動素子１０、感温部品３０の温度が夫々ほぼ等しくなるように設定する。
また、第１の熱伝導部（２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ）と、第２の熱伝導部（２４ａ、２４ｂ）の熱量の伝導が等しい場合には、圧電振動素子１０、感温部品３０の夫々の熱容量に応じて第１、第２の配線パターンの夫々の長さ、幅を設定する必要がある。
【００６０】
図１６は圧電デバイスの配線導体の長さを説明する模式図である。図７（ｂ）に示す各部材の熱伝導率から明らかなように、圧電振動素子１０の励振電極、リード電極の材料である金（Ａｕ）を除けば、容器２０のメタライズを構成するタングステン（Ｗ）の熱伝導率が圧倒的に大きい。従って、圧電振動素子１０、感温部品３０への熱の伝導は、主として配線導体を経由すると考えてよい。圧電振動素子１０用の実装端子に接続するビア電極の中心T１、T２と、圧電振動素子１０の端子電極１８ａ、１８ｂとの配線導体の長さを夫々Ｌ１、Ｌ２とする。また、感温部品用３０の実装端子に接続するビア電極の中心T３、T４と、感温部品用３０の端子３０ａ、３０ｂとの配線導体の長さを夫々Ｌ３、Ｌ４とする。実装端子の中心Ｔ１、Ｔ２と、圧電振動素子１０の端子電極１８ａ、１８ｂとの配線導体の長さの合計は（Ｌ１＋Ｌ２）であり、実装端子の中心Ｔ３，Ｔ４と、感温部品３０の端子３０ａ、３０ｂとの配線導体の長さの合計は（Ｌ３＋Ｌ４）である。夫々の配線導体の長さを等しく、つまり（Ｌ１＋Ｌ２）＝（Ｌ３＋Ｌ４）に設定した場合に、圧電振動素子１０と感温部品３０との温度が夫々ほぼ等しくなるように設定できる。
【００６１】
図１の実施形態例に示すように圧電デバイス１を構成すると、圧電振動素子１０の温度と、感温部品３０の検出する温度との温度差を縮小することが可能となり、外部回路と接続されて良好な周波数温度特性が得られ、また優れた周波数ドリフト特性（短期安定度）特性を有する温度補償型圧電発振器が実現できるという効果がある。
また、第１、第２の熱伝導部を経由するため、実装端子から伝わる熱の流れ（熱伝導）の速度は、速く、極めて短時間で圧電振動素子１０の検出する温度と、感温部品３０の検出する温度との温度差を縮小できるという効果がある。
また、圧電基板１２にＡＴカット水晶基板を用いることにより、圧電デバイス１の周波数温度特性は優れた３次特性となり、今までに蓄積された温度補償技術が有効に活用できるという効果がある。さらに、ＡＴカット水晶基板のエッチング手法も長い間の経験に裏打ちされているので、高周波で小型の圧電基板が量産できるという利点がある。
【００６２】
図８は、図３に示した第１及び第２の絶縁基板２０ａ１、２０ｂ１を用いた第２の実施形態例である圧電デバイス２の断面図と、その図に重ねて熱の伝導経路を示した図である。図１の圧電デバイス１と異なる点は、図３に示すように、キャスタレーションＣ１〜Ｃ４内にメタライズを施し、キャスタレーション電極Ｃｅ１〜Ｃｅ４とした点である。つまり、実装端子２２からキャスタレーション電極Ｃｅ１〜Ｃｅ４を経由して、圧電振動素子１０、感温部品３０へ伝導される熱も考慮している。キャスタレーション電極Ｃｅ１〜Ｃｅ４の形状は対称であるので、これらを流れる熱量はほぼ等しいと考えられ、キャスタレーション電極Ｃｅ１〜Ｃｅ４から圧電振動素子１０、感温部品３０への配線パターンの長さと、幅は両者の熱容量を考慮して設定する。
【００６３】
図８に示す実施形態例の圧電デバイス２に示すように、第１、第２の熱伝導部の少なくとも何れか一方をキャスタレーションＣ１〜Ｃ４内に設けることにより、実装端子２２から伝わる熱の流れ（熱伝導）の速度は速く、極めて短時間で圧電振動素子１０の検出する温度と、感温部品３０の検出する温度との温度差を縮小できるという効果がある。
実装端子２２から伝わる熱の流れ（熱伝導）は、基板内に設けた熱伝導部と、容器の側面に設けたキャスタレーション電極Ｃｅ１〜Ｃｅ４とを経由するため、熱伝導の速度が速く、極めて短い時間で圧電振動素子の検出する温度と、感温部品検出する温度との温度差を縮小できるという効果がある。
【００６４】
図９（ａ）は第３の実施形態例の圧電デバイス３の構成を示す断面図であり、同図（ｂ）は第２の絶縁基板２０ｂ３の裏面図であり、同図（ｃ）は第１の絶縁基板２０ａ３の裏面図である。図１に示す圧電デバイス１では、圧電振動素子１０へ接続する実装端子２２ｂ、２２ｄは、第１の絶縁基板２０ａの底部に対角状に配置されているが、図９に示す実施形態例の圧電デバイス３では、圧電振動素子１０用の実装端子２２ａ、２２ｂを、第１の絶縁基板２０ａＡの底部の短辺側の一方の端部に配置し、感温部品３０用の実装端子を短辺側の他方の端部に配置している点が異なる。これは、実装端子２２と圧電振動素子１０との接続経路を配線パターンを介さないストレートな第１の熱伝導部で導通接続するようにしたからである。
【００６５】
図１に示す実施形態の圧電デバイス１では、実装端子２２ｂ（２２ｄ）は、ビア電極２３ａ（２３ｂ）、第１の配線パターン２６ａ、ビア電極２３ｄ（２３ｃ）、第１の電極パッド２８ｂ（２８ａ）を経由して圧電振動素子１０に接続している。これに対し、図９に示す実施形態の圧電デバイス３では、実装端子２２ａ、２２ｂは、第１の絶縁基板２０ａ３を貫通するビア電極２３ａ、２３ｂと、第２の絶縁基板２０ｂ３と貫通するビア電極２３ｃ、２３ｄとがストレートに接続されており、第１の電極パッド２８ａ、２８ｂを経て圧電振動素子１０に導通接続されている。つまり、第１の配線パターン２６ａを経ずに、実装端子２２ａ、２２ｂは、第１の熱伝導部（ビア電極２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ）のみで圧電振動素子１０と導通接続されている。実装端子２２ｃ、２２ｄと感温部品３０との導通経路は、圧電デバイス１とほぼ同様である。このように、実装端子２２と圧電振動素子１０との伝導経路が第１の配線パターン２６ａを経由しないと、熱の伝導性も良く成り、圧電振動素子１０の温度と、感温部品３０の温度とをほぼ等しくするのが容易となる。
【００６６】
図９の実施形態例に示すように圧電デバイス３を構成することにより、極めて短時間で圧電振動素子１０の温度と、感温部品３０の検出する温度との温度差を縮小することが可能となり、外部回路と接続されて、優れた周波数ドリフト特性（短期安定度）特性を有する温度補償型圧電発振器が実現できるので、ＧＰＳ等の性能を改善できるという効果がある。
【００６７】
図１０は、第４の実施形態例の圧電デバイス４の構成を示す断面図である。圧電デバイス４が図８に示す第２の実施形態例の圧電デバイス２と異なる点は、第２の絶縁基板２０ｂ４と第３の基板２０ｃ４とを貫通するビア電極２４ｇを設けている点である。図１０（ａ）に示すように、ビア電極２４ｂとビア電極２４ｇとを直線的に導通接続し、１つの実装端子２２ｃ（接地用）と蓋部材３８との導通を図っている。感温部品３０の一方の端子電極は接地して用いる場合が多いので、感温部品３０と接続する実装端子２２ｃと、第３の基板２０ｃの上部周縁に形成するシールリング（図示せず）とを導通接続するには、ビア電極２４ｂに直結するビア電極２４ｇを設ければよい。図１０に示す断面図ではキャスタレーション電極Ｃｅ（Ｃｅ１〜Ｃｅ４）も示している。蓋部材３８を接地することにより圧電デバイス４からの高周波雑音の放射を防止できる。
【００６８】
圧電デバイス（感温部品内蔵の振動子）において、感温部品（サーミスタ）３０と蓋部材３８とを接続する利点は、次の通りである。即ち、蓋部材３８と圧電振動素子１０とは温度分布的に近い温度となる。そこで、蓋部材３８と感温部品３０とを第２の熱伝導部（ビア電極２４ｂ、２４ｇ）で導通接続すると、圧電振動素子１０の温度と感温部品３０との温度差が小さくなることが期待できる。つまり、圧電振動素子１０と、感温部品３０とは、短時間で熱的平衡状態に近づくことが推測される。更に感温部品３０の一方の端子電極が接続する実装端子を接地すると、主回路基板からの熱は接地から多く伝導されるので、この実装端子を経由して感温部品３０と蓋部材３８に熱が伝導し、熱的平衡状態が早まる。また、蓋部材３８を接地することによりシールド効果も同時に得られる。感温部品（サーミスタ）３０用に２つの実装端子と、圧電振動素子１０用に２つの実装端子の計４つの実装端子２２のうち、感温部品３０の一方の端子に繋がる実装端子２２ｃを接地すればよく、接地用の独立の実装端子を設けなくてもよい。
第２の熱伝導部（ビア電極２４ｂ、２４ｇ）を用いると、実装端子２２と蓋部材３８との熱伝導の速度は速くなり、実装端子２２と接続する感温部品３０の温度と、蓋部材３８に近接して配置された圧電振動素子１０の温度との温度差を極めて短時間で縮小できるという効果がある。
【００６９】
図１１（ａ）は、第５の実施形態例の圧電デバイス５の構成を示す断面図であり、同図（ｂ）は、第２の絶縁基板２０ｂ５の平面図であり、同図（ｃ）は、（ｂ）のＱ−Ｑ断面図である。圧電デバイス５の構成が図１に示す圧電デバイス１の構成と異なる点は、図１に示す第３の基板２０ｃとして厚肉環状のシールリング４２を用い、図１１に示すように、第２の絶縁基板２０ｂ５の表面とシールリング４２とで第１の収容部２７を構成している点である。シールリング４２の上部にコバール等の蓋部材３８をシーム溶接することにより、第１の収容部２７を気密封止することができる。圧電デバイス５の方が圧電デバイス１より低背化が可能となる。
【００７０】
図１２は、第６の実施形態の圧電デバイス６を用いる電子機器の一例としてデジタル携帯電話１００の構成を示す概略ブロック図である。圧電デバイス６は、既に説明した容器２０を用い、第１の収容部２７に音叉型水晶振動素子５０を、第２の収容部２１に感温部品３０を、収容し、蓋部材３８で第１の収容部２７を真空・密封した圧電デバイスである。
図１２に示すデジタル携帯電話１００で音声を送信する場合、使用者が自分の音声をマイクロフォンに入力すると、信号はパルス幅変調・符号化の回路と変調器／ 復調器の回路を経てトランスミッター、アンテナスイッチを介しアンテナから送信される。一方、他者から送信された信号は、アンテナで受信され、アンテナスイッチ、受信フィルター＋アンプ回路等を経て、レシーバー回路に入り、このレシーバー回路から変調器／ 復調器回路に入力される。そして、復調器回路で復調された信号がパルス幅変調・符号化回路を経てスピーカーから音声として出力されるように構成されている。アンテナスイッチや変調器／ 復調器ブ回路等を制御するためにコントローラが設けられている。
【００７１】
このコントローラは、上述の機能の他に表示部であるＬＣＤや、数字等の入力部であるキー、さらにＲＡＭやＲＯＭ等も制御するため、用いられる音叉振動子の周波数は、高精度、高安定度であることが求められる。この要求に応えるべく、感温部品３０と音叉振動素子５０とを、容器２０に収容した圧電振動子が、図１３に示す圧電デバイス６である。
つまり、第６の実施形態例の圧電デバイス６と、図１に示す圧電デバイス１との異なる点は、圧電デバイス１では圧電振動素子１０は厚みすべり振動素子を用いているが、圧電デバイス６では屈曲振動をする音叉型圧電振動素子５０を用いている点である。高周波が必要とされる場合は、圧電デバイス１が適し、低周波が要求される場合は圧電デバイス６が適している。
圧電振動素子１０に音叉型水晶振動素子５０を用いることにより、高周波を分周することなく所望の低周波得られるという利点がある。また、圧電デバイス１〜６及び後述する圧電デバイス７を用いて電子機器を製作すると、高安定で短期安定度の優れた基準周波数源が容易に構成できるという効果がある。
【００７２】
音叉型圧電振動素子について簡単に説明する。図１４（ａ）は、音叉型圧電振動素子５０の平面図であり、同図（ｂ）は（ａ）のＰ−Ｐ断面図である。圧電基板５２は、フォトリソグラフィ技術とエッチング手法を用いて形成される。図１４（ａ）に示すように、互いに並行（平行）して直線状に延びる細幅帯状の複数の振動腕５５ａ、５５ｂと、各振動腕５５ａ、５５ｂの一方の端部（基端部）間を連接する基部５４と、各振動腕５５ａ、５５ｂの振動中心線に沿った表面及び裏面に夫々形成された溝部５７ａ、５７ｂ、５８ａ、５８ｂと、を備えている。
【００７３】
図１４（ｂ）は、各振動腕５５ａ、５５ｂに夫々形成された励振電極６０、６２、６４、６６の配置を示すＰ−Ｐ断面図である。励振電極６０、６４は、各溝部５７ａ（５７ｂ）、５８ａ（８ｂ）の表面、及び側面に形成され、励振電極６２、６６は各振動腕５５ａ、５５ｂの夫々両側面に形成されている。励振電極６０、６６と、励振電極６２、６４とは、互いに異符号の電圧が基部５４の電極パッド（図示せず）を介して印加されるように構成されている。つまり、励振電極６０、６６に＋電圧が印加されるとき、励振電極６２、６４には−電圧が印加され、図１４（ｂ）の矢印で示すような電界が生じ、圧電振動素子５０の重心を通る中心線に対し対称な音叉振動（屈曲振動）が励振される。
なお、溝部５７ａ（５７ｂ）、５８ａ（５８ｂ）を形成することにより、電界強度が強まり、音叉振動をより効率的に励振することができる。即ち、圧電振動素子のＣＩ（クリスタルインピーダンス）を小さくすることができる。
【００７４】
図１５は、第７の実施形態例の圧電デバイス７の構成を示す図である。図１５（ａ）は平面図であり、同図（ｂ）は（ａ）のＱ−Ｑ断面図であり、同図（ｃ）は底面図である。図１に示す圧電デバイス１と異なる点は、第２の絶縁基板２０ｂ６の表面と、第３の絶縁基板２０ｃ６とで形成される第１の収容部２７に、厚みすべり振動の圧電振動素子１０ａと、屈曲振動の音叉型圧電振動素子１０ｂと、を併置して収容した点である。２つの圧電振動素子１０ａ、１０ｂを併置したので、第１の電極パッドは４個２８ａ〜２８ｄ必要となり、これに対応するビア電極も４つ必要となる。また、ビア電極の個数が増えるのに応じ、実装端子の数も多くなり、図１５の実施形態例では実装端子２２ａ〜２２ｆは、圧電デバイス７の裏面図に示すように、６個となる。
圧電デバイス７は、低周波と高周波の両方の周波数を必要とする電子機器には有用であり、１つの感温部品３０で２つの高精度の周波数を得ることができる。
圧電デバイス７を用いると、外部回路を用いることにより、高周波と低周波の２つの圧電発振器が温度補償され、高安定で短期安定度の優れた基準周波数が得られるという効果がある。
【符号の説明】
【００７５】
１、２、３、４、５、６、７…圧電デバイス、１０、１０ａ、１０ｂ…圧電振動素子、１２…圧電基板、１３…励振部、１４ａ、１４ｂ…励振電極、１５…周辺部、１６ａ、１６ｂ…リード電極、１８ａ、１８ｂ…端子電極、２０…容器、２０ａ、２０ａ１、２０ａ２、２０ａ３、２０ａ４、２０ａ５、２０ａ６…第１の絶縁基板、２０ｂ、２０ｂ１、２０ｂ２、２０ｂ３、２０ｂ４、２０ｂ５、２０ｂ６…第２の絶縁基板、２０ｃ、２０ｃ３、２０ｃ４、２０ｃ６…第３の基板、２１…第２の収容部、２２…実装端子、２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ…第１の熱伝導部（ビア電極）、２４ａ、２４ｂ…第２の熱伝導部（ビア電極）、２４ｇ…ビア電極、２５…第３の熱伝導部（ビア電極）、２６ａ…第１の配線パターン、２６ｂ…第２の配線パターン、２７…第１の収容部、２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄ…第１の電極パッド、２９ａ、２９ｂ…第２の電極パッド、３０…感温部品、３５導電性接着剤…、３８…蓋部材、４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ…中継パッド、４２…シールリング、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４…キャスタレーション、Ｃｅ１、Ｃｅ２、Ｃｅ３、Ｃｅ４…キャスタレーション電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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